1940年代末，中国内战进入高潮，国共双方激烈对抗。国民党军官周伯勋在街上偶遇护士林倩如，两人一见钟情。然而，林倩如内心却有疑虑，因为她知道自己的表弟焦志新深爱着她。焦志新和教授李正亭被敌方追捕，他们的使命是赶制一份北平名胜古迹的结构图纸。为了不让国民党抢走图纸，李教授牺牲了自己的性命。焦志新也很快被敌方抓获并被处决，而执行枪决任务的正是周伯勋。然而，焦志新并没有死亡，他成功躲过子弹，返回图纸的藏身地点。可是，图纸已经不知去向。焦志新四处躲藏，焦急寻找图纸，却偶然目睹周伯勋和表姐林倩如的热恋。于是，他决定单枪匹马刺杀周伯勋，周伯勋倒地，而焦志新被陌生女子苏小雅救出。1950年国庆节前夕，公安机关接到一名潜入敌方内部的情报员“猫头鹰”提供的消息，国民党有意在建国第二个国庆节发动恐怖袭击。公安人员决定利用焦志新和苏小雅的身份潜入敌方，寻找可靠的证据。在整个行动中，焦志新和苏小雅险象环生，众多敌人的追捕和刺杀让他们屡次身陷危机。然而，他们也渐渐发现自己彼此的身份和背景，并逐渐产生情感。最终，他们成功地搜集到了国民党恐怖袭击的证据，为新中国的建立做出了重要的贡献。
